02分子的熱運動

2022-10-08 06:21:01 字數 2911 閱讀 4090

介紹顯微鏡下如何觀察布朗運動。在載物玻璃上的凹槽內用滴管滴入幾滴有藤黃的水滴,將蓋玻璃蓋上,放在顯微鏡載物台上,然後通過顯微鏡觀察,在視場中看到大大小小的許多顆粒,仔細觀察其中某乙個很小的顆粒,會發現在不停地活動,很像是水中的小魚蟲的運動。將一台顯微鏡放在講台上,然後讓用顯微攝像頭拍攝布朗運動,經過電腦在大螢幕上顯示投影成像,讓全體學生觀察,最好教師用教鞭指乙個顆粒在螢幕上的位置,以此點為參考點,讓學生看這顆微粒以後的一些時間內對參考點運動情況。

讓學生看教科書上圖,圖上畫的幾個布朗顆粒運動的路線,指出這不是布朗微粒運動的軌跡,它只是每隔30s觀察到的位置的一些連線。實際上在這短短的30s內微粒運動也極不規則,絕不是直線運動。

2.介紹布朗運動的幾個特點

(1)連續觀察布朗運動,發現在多天甚至幾個月時間內,只要液體不乾涸,就看不到這種運動停下來。這種布朗運動不分白天和黑夜,不分夏天和冬天(只要懸浮液不冰凍),永遠在運動著。所以說,這種布朗運動是永不停息的。

(2)換不同種類懸浮顆粒,如花粉、藤黃、墨汁中的炭粒等都存在布朗運動,說明布朗運動不取決於顆粒本身。更換不同種類液體,都不存在布朗運動。

(3)懸浮的顆粒越小,布朗運動越明顯。顆粒大了,布朗運動不明顯,甚至觀察不到運動。

(4)布朗運動隨著溫度的公升高而愈加激烈。

3.分析、解釋布朗運動的原因

(1)布朗運動不是由外界因素影響產生的,所謂外界因素的影響,是指存在溫度差、壓強差、液體振動等等。

分層次地提問學生:若液體兩端有溫度差,液體是怎樣傳遞熱量的?液體中的懸浮顆粒將做定向移動,還是無規則運動?溫度差這樣的外界因素能產生布朗運動嗎?

歸納總結學生回答,液體存在著溫度差時,液體依靠對流傳遞熱量,這樣懸浮顆粒將隨液體有定向移動。但布朗運動對不同顆粒運動情況不相同,因此液體的溫度差不可能產生布朗運動。又如液體的壓強差或振動等都只能使液體具有定向運動,懸浮在液體中的小顆粒的定向移動不是布朗運動。

因此,推理得出外界因素的影響不是產生布朗運動的原因,只能是液體內部造成的。

(2)布朗運動是懸浮在液體中的微小顆粒受到液體各個方向液體分子撞擊作用不平衡造成的。

顯微鏡下看到的是固體的微小懸浮顆粒,液體分子是看不到的,因為液體分子太小。但液體中許許多多做無規則運動的分子不斷地撞擊微小懸浮顆粒,當微小顆粒足夠小時,它受到來自各個方向的液體分子的撞擊作用是不平衡的。如教科書上的插圖所示。

在某一瞬間,微小顆粒在某個方向受到撞擊作用強,它就沿著這個方向運動。在下一瞬間,微小顆粒在另一方向受到的撞擊作用強,它又向著另乙個方向運動。任一時刻微小顆粒所受的撞擊在某一方向上佔優勢只能是偶然的,這樣就引起了微粒的無規則的布朗運動。

懸浮在液體中的顆粒越小,在某一瞬間跟它相撞擊的分子數越少。布朗運動微粒大小在10-6m數量級,液體分子大小在10-10m數量級,撞擊作用的不平衡性就表現得越明顯,因此,布朗運動越明顯。懸浮在液體中的微粒越大,在某一瞬間跟它相撞擊的分子越多,撞擊作用的不平衡性就表現得越不明顯,以至可以認為撞擊作用互相平衡,因此布朗運動不明顯,甚至觀察不到。

液體溫度越高,分子做無規則運動越激烈,撞擊微小顆粒的作用就越激烈,而且撞擊次數也加大,造成布朗運動越激烈。

5.布朗運動的發現及原因分析的重要意義

(1)結合上面的講解分析提問學生:布朗運動是懸浮在液體中的固體微粒分子的運動嗎?是液體分子無規則運動嗎?

布朗微粒是被誰無規則撞擊而造成的?布朗運動間接地反映了誰的無規則運動?

綜合學生回答歸納總結:

(1)固體顆粒是由大量分子組成的,仍然是巨集觀物體;顯微鏡下看到的只是固體微小顆粒,光學顯微鏡是看不到分子的;布朗運動不是固體顆粒中分子的運動,也不是液體分子的無規則運動,而是懸浮在液體中的固體顆粒的無規則運動。無規則運動的原因是液體分子對它無規則撞擊的不平衡性。因此,布朗運動間接地證實了液體分子的無規則運動。

(2)布朗運動隨溫度公升高而愈加激烈,在擴散現象中,也是溫度越高,擴散進行的越快,而這兩種現象都是分子無規則運動的反映。這說明分子的無規則運動與溫度有關,溫度越高,分子無規則運動越激烈。所以通常把分子的這種無規則運動叫做熱運動。

(三)課堂小結

1.要知道什麼是布朗運動。它是懸浮在液體中的固體微粒的無規則運動,是在顯微鏡下觀察到的。

2.知道布朗運動的三個主要特點:永不停息地無規則運動;顆粒越小,布朗運動越明顯;溫度越高,布朗運動越明顯。

3.產生布朗運動的原因:它是由於液體分子無規則運動對固體微小顆粒各個方向撞擊的不均勻性造成的。

4.布朗運動間接地反映了液體分子的無規則運動,布朗運動、擴散現象都有力地說明物體內大量的分子都在永不停息地做無規則運動。

(四)課堂練習

1.關於布朗運動的下列說法中,正確的是

a. 布朗運動就是液體分子的熱運動

b. 布朗運動是懸浮在液體中的固體顆粒內的分子的無規則熱運動

c. 溫度越高,布朗運動越激烈

d. 懸浮顆粒越小,布朗運動越激烈

答案:c、d。

2.如圖是觀察記錄做布朗運動的乙個微粒的運動路線。從微粒在a點開始記錄,每隔30s記錄下微粒的乙個位置,得到b、c、d、e、f、g等點,則微粒在75s末時的位置

a.一定在cd連線的中點

b.一定不在cd連線的中點

c.可能在cd連線上,但不一定在cd連線的中點

d.可能在cd連線以外的某點

答案:c、d。

五、說明

1.本節課取得教學效果的關鍵是將布朗運動演示實驗做好,讓學生都看清楚布朗運動。即使教學裝置條件差的學校,也應該準備2~4臺生物顯微鏡,預先調好後,讓學生輪流觀察。裝置條件好的學校,運用顯微攝像頭,對準載玻璃上有藤黃的懸浮液,拍攝的結果通過電腦在大螢幕投影電視上展現出來。

用顯微鏡觀察布朗運動全部過程也應拍攝出來,給學生展示。

2.對於分子的永不停息的無規則運動,要注意是無規則,而不是無規律。無規則是指由於分子之間的相互碰撞,每個分子的運動方向和速率在不斷地改變,任何時刻,液體或氣體內部,沿各個方向運動的分子都有,而且分子運動的速率有大有小。對於某乙個分子運動是無規律的,但是熱學研究的是大量分子熱運動的總體效果,對於大量分子的無規則運動是有規律可遵循的,這就是統計規律。

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